Лекция по дисциплине «Экологический мониторинг»

Тема: «Биологическая индикация в системе мониторинга окружающей среды.»

Цель: изучение понятия биоиндикатор, выявление его особенностей, общих принципов, достоинств и недостатков биоиндикации.

План:

1. Основные понятия, используемые в биологической индикации среды.

2. Важнейшие группы биоиндикаторов природной среды.

3. Принципы, достоинства и недостатки биоиндикации.

1. Биологическими индикаторами называют живые организмы, по наличию которых, а также по их состоянию и поведению можно судить о состоянии окружающей среды и её загрязнённости различными веществами. В упрощённом варианте понятие «биологический индикатор» обозначает живой организм, являющийся показателем чистоты среды. В качестве биоиндикатора может выступать любой организм, способный определённым образом реагировать на токсические вещества в природной среде. В современном мониторинге широко используются индикаторы как растительного, так и животного происхождения: лишайники, мхи, хвойные и широколиственные деревья, многие травы, простейшие, ракообразные, насекомые и даже позвоночные животные. Биологической индикацией называют целенаправленную оценку загрязнения окружающей среды по существующим организмам-биоиндикаторам. Методы биологической индикации разрабатывались в течении нескольких последних столетий, однако широкое распространение получили только в начале XX века. В настоящее время биоиндикация является одним из важнейших разделов экологического мониторинга среды. 2. Существует несколько классификаций организмов-биоиндикаторов.

1. По происхождению различают:

• фитоиндикаторы - ель европейская; пихта, лиственница и др;

• зооиндикаторы - личинки ручейников, подёнок, веснянок, рачки-дафнии и циклопы, пресноводные амфибии и др;

• микробоиндикаторы - цианобактерии и др.

2. По среде жизни выделяют:

• индикаторы загрязнения воздуха - эпифитные лишайники, мхи и др;

• индикаторы загрязнения пресных водоёмов - зелёные водоросли, водные насекомые, моллюски и др;

• индикаторы загрязнения морских водоёмов - моллюски, ракообразные и др;

• индикаторы загрязнения почв - клевер, горох, шпинат, виноград и др.

3. По специфичности различают:

• неспецифические индикаторы, реагирующие на общее загрязнение среды - хвойные и широколиственные породы деревьев - сосна, кедр, ель, дуб, клён, тополь и др;

• специфические индикаторы, избирательно реагирующие на присутствие отдельных веществ-токсикантов. К ним относятся:

- индикаторы на диоксид серы - многие виды лишайников-эпифитов и мхов, ель европейская, ель сербская, пихта европейская, сосна обыкновенная, сосна Банкса, ясень американский, пшеница, ячмень, гречиха, люцерна, горох, клевер, хлопчатник, фиалка;

- индикаторы на фтористый водород - ель европейская, пихта европейская, сосна обыкновенная, орех грецкий, виноград, абрикос, петрушка, гладиолус, ландыш, тюльпан, нарцисс, рододендрон; - индикаторы на аммиак - граб обыкновенный, липа сердцевидная, сельдерей, махорка;

- индикаторы на хлористый водород - ель европейская, пихта европейская, лиственница европейская, ольха клейкая, лещина обыкновенная, фасоль, шпинат, редис, смородина, клубника; - индикаторы на озон - сосна Веймутова, табак, картофель, соя, томаты, цитрусовые;

- индикаторы на группу тяжёлых металлов - тсуга канадская, вяз гладкий, боярышник обыкновенный, овсяница, орхидные, бромелиевые.

4. По степени чувствительности (толерантности) к загрязнению различают:

• высокочувствительные индикаторы, способные реагировать на ничтожно малые концентрации токсических веществ в среде. К ним можно отнести лишайники рода Usnea, личинок веснянок и подёнок, почвенных коллембол.

• умеренно чувствительные индикаторы, способные выдерживать малые концентрации загрязнителей. К ним относятся лишайники р.Эверния, рачки-дафнии, почвенные многоножки.

• низкочувствительные индикаторы, реагирующие на высокие концентрации загрязнителей в среде. К ним принадлежат лишайники рода Xantoria, рачки-гаммарусы, некоторые наземные травы.

3. Биологическая индикация как научный раздел экологического мониторинга основана на следующих принципах:

1. Оценка состояния среды по организмам-индикаторам направлена не столько на определение реальных концентраций загрязнителей, сколько на выяснение «жизненности» среды, т.е. её способности обеспечивать организмы необходимыми экологическими ресурсами. К примеру, исследуя эффекты загрязнения на хвойных породах (некроз и хлороз хвои, дефолиацию и др.), невозможно установить точную концентрацию диоксида серы SO₂ в воздухе, однако можно выяснить класс опасности загрязнения атмосферы и её влияние на жизнедеятельность организмов.

2. Ответные реакции организмов-индикаторов могут быть вызваны как загрязнением среды, так и простым отклонением некоторых факторов от оптимального уровня. В практике биоиндикации необходимо уметь чётко разграничивать эффекты загрязнения от прочих физиологических реакций организма. Например, сильная дефолиация (падение ассимилирующих побегов) дуба или тополя может быть вызвана как увеличившейся концентрацией поллютантов в воздухе (SO₂, NO₂ и др), так и деятельности насекомых-вредителей.

3. Организмы-индикаторы не могут дать моментальную оценку качества той или иной среды. Для повышения надёжности биоиндикационных методов необходимо проводить регулярные мониторинговые наблюдения за состоянием индикаторов на одной и той же территории. Например, одномоментное изучение видового состава лишайников городских парков не сможет установить уровень загрязнённости атмосферы. Но при изучении многолетней динамики видового состава лихенофлоры можно проследить за изменением уровня загрязнённости воздуха. 4. Точность результатов биоиндикации зависит от строго соблюдения правил и методов исследования. Любое биоиндикационное исследование должно проводится по строгой программе, учитывающей особенности местности, время года и наличие дополнительных ограничивающих факторов среды. Спонтанные наблюдения за организмами-индикаторами проводить нельзя! В современном мониторинге при оценке загрязнения среды приоритетными являются физико-химические методы анализа. Биоиндикационные методы рассматриваются как дополнительные. В связи с этим при проведении любого биоиндикационного исследования его данные должны быть дополнены результатами физ.-хим. анализа. Делать выводы о качестве среды только на основе результатов биоиндикации нельзя!

Методы биоиндикации имеют как ряд существенных преимуществ и недостатков по сравнению с традиционными физико-химическими способами определения качества воздушной среды. К преимуществам следует отнести:

• высокую чувствительность и специфичность отдельных индикаторов к токсическим веществам;

• суммирование всех без исключения данных о загрязнении;

• возможность характеризовать состояние той или иной среды за длительный промежуток времени;

• низкую стоимость исследований.

К недостаткам относятся:

• сложность при работе с живыми индикаторами, а также при их сортировке и хранении;

• трудоёмкость исследований;

• сложность в обработке полученных результатов.

Рекомендуемая литература:

1. Экологический мониторинг / Под редакцией Т.Я. Ашихминой. М.: Академический проект, 2005. – 206 с.

2. Биоиндикация загрязнений наземных экосистем / Вайнерт Э., Вальтер Р., Ветцель Т. и др. - Под ред. Р. Шуберта; – М.: Мир. – 1988. – Пер. с нем. Г. И. Лойдиной, В. А. Турчаниновой. - Под ред. Д. А. Криволуцкого

3. Веницианов Е.В. и др. Экологический мониторинг: шаг за шагом. М.: РХТУ им. Д. И. Менделеева, 2003.